新型現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

張建軍, 殷偉慶, 董錚

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

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新型現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

張建軍, 殷偉慶, 董錚

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

簡(jiǎn)述了新型移動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器及監(jiān)控系統(tǒng)的意義，介紹了鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站基于業(yè)務(wù)管理平臺(tái)建設(shè)的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，詳細(xì)描述了自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)組成部分及其相關(guān)功能。對(duì)于該系統(tǒng)中存在的不足之處，提出了對(duì)今后工作的展望。

現(xiàn)場(chǎng)；自動(dòng)監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)儀器；監(jiān)控系統(tǒng)

環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)作為環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的重要組成部分，具有時(shí)間上的突發(fā)性和地點(diǎn)上的分散性，依靠傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場(chǎng)操作方式已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)的發(fā)展要求，迫切需要引入新的傳輸方式和技術(shù)來(lái)完善環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，第一時(shí)間為管理層提供現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。針對(duì)傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位多、數(shù)據(jù)量大、布線繁瑣、傳輸距離長(zhǎng)等問(wèn)題，將移動(dòng)智能終端模塊植入現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、傳輸、匯總及監(jiān)測(cè)儀器的遠(yuǎn)程控制。新型現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的建立，不僅改變了傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作模式，而且大幅度提高了環(huán)境監(jiān)測(cè)人員和管理人員的工作效率。

1 系統(tǒng)構(gòu)建

1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)將信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有效地綜合運(yùn)用，通過(guò)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心管理人員通過(guò)中心監(jiān)控系統(tǒng)(PC版)或移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(移動(dòng)版)實(shí)時(shí)查看前端設(shè)備的運(yùn)行情況。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

1.2 硬件配置

1.2.1 平板電腦

由于環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)自然情況比較復(fù)雜，條件惡劣，這就要求用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的平板電腦具有比較高的穩(wěn)定性和耐用性，能達(dá)到防震、防潮、防塵的三防標(biāo)準(zhǔn)，具備較寬的溫度適應(yīng)范圍以及較好的電池續(xù)航能力。另外，除具備數(shù)據(jù)終端常規(guī)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程存儲(chǔ)、3G通訊功能外，還應(yīng)具有現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理設(shè)計(jì)的功能，例如，需具備藍(lán)牙、wifi、高清攝像頭、GPS等功能。

1.2.2 移動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器

移動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器由各種現(xiàn)場(chǎng)傳感器、智能樣品采集器和通訊微工作站三部分組成。現(xiàn)場(chǎng)傳感器由風(fēng)向、風(fēng)速、溫濕度、氣壓、雨量、噪聲、圖像等組成；智能樣品采集器則負(fù)責(zé)水、氣等環(huán)境要素監(jiān)測(cè)的樣品更換和采集；通訊微工作站安裝有經(jīng)過(guò)剪裁的Windows server 操作系統(tǒng)，內(nèi)嵌3G通訊模塊和各種控制類協(xié)議，支持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳和下載、監(jiān)測(cè)儀器控制、查看現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器狀態(tài)等功能。儀器的采樣頻次和時(shí)間間隔，遠(yuǎn)程啟停，儀器復(fù)位，定時(shí)自動(dòng)清洗等操作均可通過(guò)平板電腦遠(yuǎn)程操作完成，從而達(dá)到真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)控工作自動(dòng)化的效果。

圖1 網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)

1.3 軟件配置

1.3.1 系統(tǒng)流程

以鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站的現(xiàn)有業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、移動(dòng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，主要操作流程為：

(1)任務(wù)分配人員通過(guò)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)，質(zhì)量管理系統(tǒng)根據(jù)發(fā)布的監(jiān)測(cè)任務(wù)同步下達(dá)質(zhì)控任務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員通過(guò)平板電腦無(wú)線上網(wǎng)登錄業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)服務(wù)器，獲得最終監(jiān)測(cè)(質(zhì)控)任務(wù)及電子原始記錄；(2)監(jiān)測(cè)人員將監(jiān)測(cè)儀器布置至現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，樣品裝載完畢后開機(jī)初始化，查看微工作站及連接服務(wù)器狀態(tài)情況，調(diào)試正常后監(jiān)測(cè)人員即可離開；(3)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人通過(guò)平板電腦查看各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器狀態(tài)，分別將監(jiān)測(cè)任務(wù)指令下達(dá)到各臺(tái)儀器，監(jiān)測(cè)儀器根據(jù)獲取的監(jiān)測(cè)指令自動(dòng)完成樣品采集及數(shù)據(jù)的傳送。管理人員可在辦公室通過(guò)業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)閱現(xiàn)場(chǎng)第一時(shí)間上傳的報(bào)表及數(shù)據(jù)，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的質(zhì)量管理及后期使用。系統(tǒng)流程如圖2所示。

1.3.2 微工作站功能

安裝在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器上的微工作站可實(shí)現(xiàn)的功能包括：系統(tǒng)配置、儀器控制、指令接收、儀器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)上傳等，如圖3所示。系統(tǒng)配置：儀器參數(shù)配置、驅(qū)動(dòng)安裝、修改密碼等功能；儀器控制：開關(guān)機(jī)設(shè)置和自動(dòng)采集樣品控制；指令接收：通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)接收平板電腦和服務(wù)器發(fā)出的操作指令；數(shù)據(jù)采集：采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器傳感器及分析數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：在微工作站存儲(chǔ)采集的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)查詢：提供平板電腦和服務(wù)器終端用戶的查詢?nèi)肟?；?shù)據(jù)上傳：微工作站將各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回服務(wù)器，系統(tǒng)根據(jù)平板電腦及服務(wù)器終端用戶的權(quán)限下載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)流程

圖3 微工作站功能

1.3.3 監(jiān)控系統(tǒng)工作內(nèi)容

移動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器(前端)將前端設(shè)備儀器上的數(shù)據(jù)按照一定的格式轉(zhuǎn)換后發(fā)送給中心監(jiān)控管理系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)傳輸包括：自動(dòng)傳輸(每10 min發(fā)出一次)和手動(dòng)傳輸(接收到中心指令后傳輸)。中心監(jiān)控管理系統(tǒng)(服務(wù)端)負(fù)責(zé)接收前端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息并存儲(chǔ)，并對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限及安全功能進(jìn)行管理，如發(fā)現(xiàn)異常可向前端設(shè)備發(fā)送監(jiān)控命令指令，控制前端設(shè)備工作執(zhí)行新的指令。實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢、參數(shù)設(shè)置及控制、定位標(biāo)注等功能。

2 系統(tǒng)應(yīng)用及效果

2.1 系統(tǒng)應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)廢水、廢氣、空氣等各種環(huán)境污染指標(biāo)實(shí)施不間斷的隨機(jī)監(jiān)測(cè)，并將采集到的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別傳送到監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)，最終生成各種發(fā)布數(shù)據(jù)。它采用主動(dòng)和被動(dòng)交互數(shù)據(jù)傳輸方式，利用監(jiān)測(cè)儀器及現(xiàn)場(chǎng)攝像等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控，并完成各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)收集、整理、保存、顯示。環(huán)保監(jiān)測(cè)人員只要利用手中的平板電腦直接定位到區(qū)域內(nèi)的污染源企業(yè)，看到其總排污口信息、排污流向、影響區(qū)域等情況，形成工業(yè)企業(yè)與環(huán)境保護(hù)部門兩者互動(dòng)的環(huán)境監(jiān)督管理網(wǎng)絡(luò)。

2.2 設(shè)備支持

目前通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)采集到數(shù)據(jù)的儀器主要包括：煙塵煙氣儀、中流量大氣采樣器、噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀、水質(zhì)采樣分析儀等儀器，對(duì)于未包含在內(nèi)的監(jiān)測(cè)儀器可根據(jù)儀器的協(xié)議，開發(fā)相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序，安裝到微工作站電腦中，完成數(shù)據(jù)的采集工作，服務(wù)器根據(jù)程序中預(yù)先設(shè)定的公式將傳回的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算生成需要的結(jié)果。

2.3 儀器先進(jìn)性及應(yīng)用討論

新型現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器的使用，監(jiān)測(cè)人員只需將移動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器布置到現(xiàn)場(chǎng)，將樣品吸收管(瓶)裝載及連接電源后，開機(jī)調(diào)試與服務(wù)器的連接，接收正常后即可離開，每天只需一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員負(fù)責(zé)巡視所有監(jiān)測(cè)儀器，用戶可以迅速方便地對(duì)戶外噪聲進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，無(wú)需人值守，無(wú)需擔(dān)心刮風(fēng)下雨。這種監(jiān)測(cè)模式的使用，提高了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入和處理的效率，節(jié)約了工作時(shí)間。

2.4 整體實(shí)用性討論

現(xiàn)場(chǎng)選取環(huán)評(píng)和竣工驗(yàn)收現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案，設(shè)置了若干環(huán)境空氣、噪聲敏感點(diǎn)和廢水監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以往現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)必須安排一個(gè)監(jiān)測(cè)人員，根據(jù)監(jiān)測(cè)頻次和生產(chǎn)周期要求更換采樣管(瓶)及聲級(jí)計(jì)的起停，連續(xù)多天，勢(shì)必會(huì)造成人力資源的浪費(fèi)。為此，鎮(zhèn)江市站首先針對(duì)鎮(zhèn)江12家國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)和17家污水處理廠的每月例行監(jiān)測(cè)進(jìn)行了測(cè)試，目前每月只需安排一個(gè)監(jiān)測(cè)人員將采集的個(gè)別現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法分析的水(氣)樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，極大地節(jié)省人力物力，加快了報(bào)告生成和數(shù)據(jù)上報(bào)速度。

2.5 數(shù)據(jù)質(zhì)量保證

監(jiān)測(cè)人員可以通過(guò)訪問(wèn)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)服務(wù)器，調(diào)閱實(shí)時(shí)的電子原始記錄，對(duì)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果予以判斷，及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行指導(dǎo)和遠(yuǎn)程質(zhì)量控制，上傳的數(shù)據(jù)后期可直接與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)無(wú)縫對(duì)接，并生成監(jiān)測(cè)報(bào)告。質(zhì)量管理人員可以通過(guò)訪問(wèn)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，第一時(shí)間瀏覽到現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程傳輸回來(lái)的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的審閱，相關(guān)技術(shù)人員可判斷儀器工作狀態(tài)的正常性、監(jiān)測(cè)結(jié)果的合理性與代表性，實(shí)現(xiàn)異地對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量管理與質(zhì)量控制，提高了監(jiān)測(cè)效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率。

3 問(wèn)題討論

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、傳輸、匯總及監(jiān)測(cè)儀器的遠(yuǎn)程控制，但由于技術(shù)的限制，還存在一些局限性和需要改進(jìn)的地方，要使整個(gè)系統(tǒng)功能完善還需要更多的研究和工作，包括：

(1)環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)及個(gè)別企業(yè)由于各種原因，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近布置了較為復(fù)雜的電源線路，容易和周邊生產(chǎn)環(huán)境共同作用形成干擾源，影響了數(shù)據(jù)傳送和接收無(wú)線信號(hào)傳輸。因此，需進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)，解決干擾問(wèn)題，避免傳輸異常數(shù)據(jù)及失去對(duì)儀器的控制和喚醒。

(2)目前環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)使用的是3G網(wǎng)絡(luò)，隨著4G技術(shù)的發(fā)展及其覆蓋網(wǎng)絡(luò)范圍的日益擴(kuò)大，在今后的環(huán)境監(jiān)測(cè)中采用4G傳輸?shù)姆绞街档酶由钊胙芯俊?G技術(shù)與WLAN融合則形成第五代移動(dòng)通信技術(shù)，提供高達(dá)1Gbps的上網(wǎng)速度，更符合實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的運(yùn)用需求。

(3)現(xiàn)有移動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器目前只能對(duì)部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)，其余監(jiān)測(cè)項(xiàng)目仍需將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

(4)不同廠商產(chǎn)品接口不統(tǒng)一，給數(shù)據(jù)整合帶來(lái)一定的困難，需要軟件人員破解儀器廠家提供的部分通訊協(xié)議。

(5)移動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器和監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)投入較大，需得到主要領(lǐng)導(dǎo)和大量經(jīng)費(fèi)的支持。

4 結(jié)語(yǔ)

新型現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器及監(jiān)控系統(tǒng)的使用，可以改變傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作模式，大幅度提高環(huán)境監(jiān)測(cè)人員和管理人員的工作效率，提升現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，減少人為工作失誤，使環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作走“無(wú)紙化、無(wú)線化”之路，加快環(huán)保工作的數(shù)字化進(jìn)程。未來(lái)，通過(guò)該系統(tǒng)的逐漸推廣使用，系統(tǒng)的功能和性能將會(huì)逐漸完善，成為環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員不可或缺的得力助手。

[1] 陸烽，秦瑋，梁磊．便攜式智能移動(dòng)終端在環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中的運(yùn)用[J]．環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2010，2(6)：23-26．

[2] 王合生．環(huán)境監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)分析-走中國(guó)式環(huán)境監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)道路[J]．環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2006，18(5)：1-3．

[3] 夏新．淺談強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理體系建設(shè)[J]．環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù),2012,24(1),1-4．

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The Construction and Application of Novel Field Automatic Monitoring System

ZHANG Jian-jun , YIN Wei-qing, DONG Zheng

(ZhenjiangEnvironmentalMonitoringCentralStation,Zhenjiang,Jiangsu212001,China)

This paper described the significance of automatic monitoring system, and components and functions of the system, which was based on the business management platform in Zhenjiang environmental monitoring system. However, this system still has some shortcomings, and some advice has been put forward.

Field; Automatic monitoring; Monitoring instrument; Monitoring system

2014-04-11；

2014-09-02

張建軍(1972—)，男，高級(jí)工程師，本科，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。

X85

B

1674-6732(2015)01-0026-04